[课件]基于MODIS数据的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演研究(基于6s模型构建查找表)PPT
气溶胶光学厚度遥感反演方法研究
气溶胶光学厚度遥感反演方法研究气溶胶光学厚度是指大气中可见光波段的气溶胶对光的吸收和散射能力，是研究大气污染和气候变化的重要参数之一。
随着遥感技术的发展，气溶胶光学厚度的遥感反演方法也越来越多样化。
本文将围绕气溶胶光学厚度的遥感反演方法展开探讨，并介绍其中几种常用的方法。
首先，我们来介绍一种基于太阳辐射的反演方法，即通过观测太阳辐射在大气中的衰减程度来推导气溶胶光学厚度。
该方法的基本原理是：利用太阳辐射的特定波段观测数据，与大气传输模型进行比对，通过比较模型计算的大气透过率和实际观测得到的透过率之间的差异，推导出气溶胶光学厚度。
这种方法的优点是简单且操作直观，但是需要准确的大气传输模型和太阳辐射观测数据。
另一种常用的反演方法是利用遥感数据中的多光谱信息进行反演。
这种方法利用多光谱数据中不同波长的光谱信息和气溶胶光学特性之间的关系，从而反演出气溶胶光学厚度。
常用的多光谱遥感数据包括MODIS卫星的数据和Landsat卫星的数据。
这种方法的优点是获取的数据较全面和准确，但是对大气参数和气溶胶光学特性的准确性要求较高。
此外，还有一些基于亮温数据的反演方法。
亮温是指地物在遥感图像中反射和辐射出的热能，不同的地物有不同的亮温值。
利用亮温数据可以推导出地表和大气的温度分布，从而推导出气溶胶光学厚度。
这种方法适用于全球遥感数据，但是对地表和大气温度的准确性有一定要求。
在不断深入研究中，一些新的反演方法也得到了发展。
例如，基于人工神经网络的反演方法。
通过训练神经网络，能够从遥感数据中学习到气溶胶光学厚度和其他大气参数之间的复杂非线性关系，从而实现准确的反演。
这种方法的优点是能够适应复杂的遥感数据，减少传统方法中的模型假设和参数要求，提高了反演的准确性。
综上所述，气溶胶光学厚度的遥感反演方法多样化且不断发展。
通过太阳辐射观测、多光谱数据分析、亮温数据推算和人工神经网络等方法，可以准确地反演出气溶胶光学厚度。
未来随着遥感技术的不断进步，反演方法将更加精细化和高效化，为大气污染和气候变化研究提供更加可靠的数据支持。
利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究
利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究一、概括本文针对北京及其周边地区的气溶胶光学厚度（AOD）进行了研究，探讨了利用MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer）资料反演AOD的方法。
气溶胶是大气中粒径小于或等于微米的颗粒物，对环境、气候和人类健康具有重要影响。
AOD 是衡量气溶胶光学特性的重要参数，可反映气溶胶的分布、浓度和谱分布等信息。
文章首先介绍了大气气溶胶的基本概念和重要性，然后分析了几种常见的MODIS AOD反演方法，包括辐射传输模型（ATM）、神经网络模型、经验统计方法和遥感影像融合技术。
对这些方法进行了简要评述，并提出了研究中需要解决的关键问题和技术难点。
通过实际观测数据和对比分析，验证了所提出方法的准确性和可行性。
1.1 研究背景与意义随着社会的快速发展，大气污染问题日益凸显，尤其是气溶胶粒子的污染。
气溶胶粒子不仅影响太阳辐射的吸收和散射，还对人类健康、气候变化等产生重要影响。
准确、实时地了解大气气溶胶光学厚度（AOD）对于大气污染监测、气候变化研究和环境评估具有重要意义。
遥感技术在大气污染监测领域得到了广泛应用，尤其是利用MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer）数据反演气溶胶光学厚度。
MODIS是 NASA 下属的地球观测与地球系统实验室（EOS），具有高时间分辨率和高空间分辨率的遥感数据。
通过 MODIS 数据反演气溶胶光学厚度，可以为政府和相关部门提供有力的决策支持。
北京及其周边地区作为中国的政治、经济和文化中心，以及重要的交通枢纽，大气污染物排放量大，气溶胶光学厚度时空变化复杂。
研究该地区气溶胶光学厚度的分布特征、影响因素及其对大气污染的影响，对于深入理解区域大气污染机制、制定科学合理的大气污染治理措施具有重要意义。
1.2 MODIS资料的特点与优势高时间分辨率：MODIS数据具有一天内多次更新的潜力，为捕捉气溶胶光学厚度的变化提供了便利。
基于MODIS数据反演江西省气溶胶光学厚度
147CITYGEOGRAPHY基于MODIS 数据反演江西省气溶胶光学厚度Retrieval of Aerosol Optical Depth over Jiangxi Area by using MODIS Data王子博（遂川县气象局，江西 吉安 343900）摘要：大气气溶胶变化会导致例如雾、霾等很多气候问题，甚至影响到人体健康。
反演气溶胶的方法有很多种，但是暗像元法更适合江西省的生态及环境状况。
本文利用暗像元法（DDV）反演了江西省的气溶胶光学厚度，并用MODIS04气溶胶产品和其他关于气溶胶的统计数据对反演结果进行验证。
验证结果表明：暗像元法反演结果与产品误差在可接受范围之内，基本可以反映出江西省气溶胶光学厚度的空间分布特点。
关键词：MODIS ； 暗像元法； 6S 辐射模型；大气气溶胶光学厚度； 江西省Abstract ：The variation of Aerosol optical depth will trigger many climate change and impact the human health. There are a lot of methods which is uesd to retrieval aerosol optical depth(AOT), but the dense dark vegetation method(DDV) is suitable for Jiangxi province where with good vegetational cover. The experiment utilized DDV to retrieval aerosoloptical depth in Jiangxi area and verified the result by using MODIS04 product and other statistical data. Result showedthat AOT obtained by DDV method were basically reflected the truth with acceptable error.Key words: MODIS; dark vegetation method(DDV); 6S Radiation Model; aerosol optical depth(AOT); Jiangxi area 1引言1.1 研究背景和意义大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称,粒子直径多在0.001～100之间。
利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污染
利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污
染
利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污染
对2001年在北京地区利用太阳光度计观测的气溶胶光学厚度和NASA发布的MODIS气溶胶产品进行了比较,验证了这一卫星遥感产品的可靠性;比较了2001年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品和由空气污染指数(API)计算的每日平均可吸入颗粒物(PM10)浓度,得到了比较高的相关系数,证实该气溶胶产品可用于污染分析.将北京地区AOD 与气象能见度观测资料进行比较,得到了不同季节的气溶胶"标高".利用统计的不同季节的气溶胶标高,从光学厚度的季节分布得到了能见度(能见距离)的季节分布.气溶胶光学厚度图像的个例分析表明,除局地排放外,周边区域(主要为西南和南向)的输送对北京市区的空气污染贡献份额较大.卫星遥感气溶胶可以比较直观地再现污染物的区域分布和输送,不仅为研究全球气候变化也为研究区域环境的空气质量提供了一种有效手段.
作者：李成才毛节泰刘启汉刘晓阳刘桂青朱爱华作者单位：李成才(北京大学物理学院大气科学系,北京,100871;香港科技大学海岸与大气研究中心,香港九龙)
毛节泰,刘晓阳,刘桂青,朱爱华(北京大学物理学院大气科学系,北京,100871)
刘启汉(香港科技大学海岸与大气研究中心,香港九龙)
刊名：大气科学 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ATMOSPHERIC SCIENCES 年，卷(期)：2003 27(5) 分类号：X51 关键词：气溶胶光学厚度大气污染能见度。
基于MODIS数据的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演研究共34页
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Thank you
Байду номын сангаас
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
利用6S模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度
利用6S 模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度李兆麟,左洪超△,罗雯(兰州大学大气科学学院,甘肃兰州730000)摘要:选用合理的气溶胶类型能够极大提高气溶胶光学厚度的反演精度,对此本文提出一种基于中分辨率成像光谱仪(MODIS )与地基太阳光度计数据相结合,以确定气溶胶各组分体积百分比的方法,利用该方法得到了北京地区自定义的气溶胶类型。
进一步测试了自定义型和两种标准气溶胶类型(大陆型、城市型)下的表观反射率对气溶胶光学厚度的敏感性,结果显示不同的气溶胶类型使红、蓝和中红外波段表观反射率对于气溶胶光学厚度的敏感性有显著差异。
使用暗像元法反演北京地区晴空条件下不同气溶胶类型的气溶胶光学厚度,并与AERONET 地面观测数据对比进行精度验证。
自定义气溶胶类型的反演结果精度最高,且相较于两种标准气溶胶类型的相对误差要低10%以上。
城市型气溶胶类型对于光学厚度的反演存在明显高估,不适用于北京地区,这与其煤烟性粒子所占比重较大有关。
关键词:大气遥感;MODIS;气溶胶光学厚度;6S ;反演中图分类号:P407.4大气气溶胶是由悬浮于大气中的固体和液体微粒混合而成的多相体系。
气溶胶在大气中含量虽然很少,但是可以通过对太阳辐射进行散射和吸收,直接或间接改变地-气系统的能量收支平衡,从而影响全球或区域气候变化[1-2]。
此外,随着城市大气污染问题受到广泛关注,气溶胶作为一种大气污染物对于人体健康具有严重危害,因此对于城市上空大气气溶胶的监测和研究具有重要意义。
在大气气溶胶参数的监测中,气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD )作为表征其光学特性的重要物理量,是指消光系数在垂直方向上对整层大气的积分,有助于推算大气气溶胶含量并评估空气质量[3]。
目前,对于AOD 的监测形式分为地基直接观测和卫星遥感监测。
地基观测普遍使用CE-318太阳光度计进行测量,具有较高的反演精度,但这种方法只能代表单个测站及其周围小部分空间范围内的情况,并不能准确反映较大尺度的气溶胶时空变化特征。
基于MODIS数据的近10年西安市气溶胶光学厚度反演研究
近10年来，气溶胶光学厚度的研究在环境科学领域中受到了广泛的关注。
气溶胶光学厚度反映了大气中气溶胶的浓度和分布，对气候变化、地球辐射平衡和空气质量等问题具有重要的影响。
本文将基于MODIS数据对近10年的西安市气溶胶光学厚度进行反演研究。
MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）是美国国家航空航天局（NASA）和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）联合研制的一种遥感仪器，它搭载在Terra和Aqua卫星上，能够获取地球表面的高分辨率、高频率的遥感数据。
MODIS数据具有很高的空间和时间分辨率，适合用于气溶胶光学厚度的反演研究。
首先，我们需要获取并处理MODIS数据。
可以通过NASA的官方网站或者其他科学数据库获取到MODIS数据。
获取到的数据包括地球表面反射率、云覆盖率和大气透明度等参数。
我们需要对这些数据进行预处理和去噪处理，以获得准确可靠的结果。
接下来，我们使用反演算法对MODIS数据进行处理，以获取西安市近10年的气溶胶光学厚度。
反演算法可以根据地球表面的反射率和大气透明度来估计气溶胶光学厚度。
常用的反演算法包括偏微分方法、半经验方法和统计方法等。
我们需要根据实际情况选择合适的反演算法，并根据反演结果进行验证和调整。
通过对近10年MODIS数据的反演研究，我们可以得到西安市气溶胶光学厚度的时空分布特征。
根据气溶胶光学厚度的变化，可以分析其与气象、地理、环境等因素的关系。
同时，还可以通过与其他地区和历年数据的对比，研究西安市气溶胶光学厚度的演变趋势和原因。
最后，本研究还可以对西安市的气溶胶光学厚度进行空间插值和趋势分析。
空间插值可以根据有限的观测数据，推测整个研究区域的气溶胶光学厚度分布，并绘制出相应的空间分布图。
趋势分析可以通过统计方法，寻找气溶胶光学厚度的变化规律和趋势，预测未来的变化趋势。
综上所述，基于近10年的MODIS数据，可以对西安市的气溶胶光学厚度进行反演研究。
基于MODIS数据的北京气溶胶光学厚度(AOD)遥感反演
基于MODIS数据的北京气溶胶光学厚度(AOD)遥感反演发布时间：2021-06-17T14:03:25.527Z 来源：《基层建设》2021年第7期作者：程卫华[导读] 摘要：以近年来中国空气污染最严重的地区之一北京作为研究区域，采用目前较为成熟的气溶胶光学厚度（AOD）遥感反演研究方法-暗像元算法为依托，选取天气比较晴朗MODIS卫星遥感影像作为研究区域的数据源，进行气溶胶光学厚度遥感反演研究。
重庆交通大学重庆 400000摘要：以近年来中国空气污染最严重的地区之一北京作为研究区域，采用目前较为成熟的气溶胶光学厚度（AOD）遥感反演研究方法-暗像元算法为依托，选取天气比较晴朗MODIS卫星遥感影像作为研究区域的数据源，进行气溶胶光学厚度遥感反演研究。
结果显示，暗像元算法可以较好的完成对于气溶胶光学厚度的监测，反演出某一时刻北京市的气溶胶光学厚度，从而一定程度上反应某一时刻北京市大气污染状况。
关键词：气溶胶；AOD；北京；暗像元算法；MODIS0前言近年来全国各地频现的雾霾天气，不但制约和影响着我们国民经济的发展, 更威胁着我们每个人的生命健康。
气溶胶是雾霾形成的基础和前提，人类活动排放的污染物中包括直接排放的气溶胶和各种气态污染物，通过光化学转化，这些物质可形成二次气溶胶，这就使得危害人体健康的细颗粒物PM2.5的浓度进一步升高。
目前我国大气环境常规监测手段仍是通过建立地面监测站的方式，我国幅员辽阔，想要监测大区域尺度的空气质量状况，实现区域、全球的大气环境质量监测，显然现有的地面监测站的数量远不能满足需求[1]。
卫星遥感监测手段为我们提供了天地一体化的监测体系，卫星遥感在大气环境监测方面具有广覆盖、连续性、空间性和预测性的独特优势，能够在更大尺度的空间范围内快速、实时、准确地获取大气环境状况。
气溶胶光学厚度是气溶胶胶体的重要光学特征，通过对气溶胶光学厚度的反演，建立其和地基空气质量监测的PM2.5浓度的关系模型，可以获得大尺度区域的近地表PM2.5的浓度[2]，弥补了地基空气质量监测中由于地面监测站的数量有限而无法监测大范围区域空气质量指标的不足。
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AOD遥感反演国外研究现状
国外利用遥感反演AOD进展呈现以下特点： [1] 始于20世纪70年代中期； [2] 从研究内容角度：利用卫星资料反演AOD取得了大量的研 究成果： 1）采用TERRA（AQUA） MODIS/MISR、PARASOL POLDER、 ENVISAT MERIS/AATSR等各种传感器进行AOD 反演，并基于太阳分光光度计的地基实测数据或者国际气溶 胶网（AERONET）观测数据进行精度验证； 2）基于不同的卫星传感器，进行AOD反演算法的改进或者 创新，形成了各种算法 ； 3）进行不同传感器之间 AOD反演的比较研究 ； 4）将反演的AOD和其他的环境、气候影响因子进行各种统 计相关分析，探求他们之间的相互影响机制 。
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技 术 路 线
主要内容
配合卫星的过境时间，在兰大本部科学馆楼顶，对2005年5 月到2006年4月的晴空天气进行了地面多波段光度计的连续 观测试验，得到了32天的有效数据，以方便验证卫星资料的 反演验证工作。
对基于Fortran语言的6S辐射传输模型进行了单像元和整幅影 像的反演试验，完成了MODIS数据的整幅影像的反演。
气溶胶光学厚度（AOD）
气溶胶光学厚度是指沿辐射路径传输过程中，单位面积上 所有吸收和散射气溶胶而产生的总削弱，是无量纲量。
研究背景、意义和目的
气溶胶在地球辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的 角色。 精确探测AOD，对于研究气候变化具有重要意义； 基于太阳分光光度计的地基探测方法可以比较准确地测量气 溶胶信息, 但获取的只是空间点上的数据，不能反映大区域 气溶胶时空分布； 卫星遥感反演方法具有覆盖面积广、信息获取方便、快捷等 特点，相对于地面观测可以更高效地获取大气气溶胶信息， 为人们实时了解大区域范围内的气溶胶变化提供了可能，因 此具有广泛的研究前景； 随着对地观测技术的实施以及定量遥感技术的发展，卫星遥 感AOD具有良好的发展前景；
利用6S辐射传输模式，通过Kaufman的扩展的暗像元方法算 法，对兰州及周边地区四个不同季节的气溶胶光学厚度进行 了反演，并对结果做了简单的分析。
多波段太阳光度计数据获取
2005/5/8—2006/4/18 32天
兰州大学本部逸夫科学管楼顶
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
AOD遥感反演国外研究现状
[3] 从传感器的发展角度： AOD遥感反演呈现多样化，传感器向多光谱、多角度、多偏振方向发展。
MODIS
POLDER
MISR
多光谱（36个波段）
多角度（16个观测角） 多偏振
多角度 （9个观测角度）
AOD遥感反演国内研究现状
国内利用遥感反演AOD进展呈现以下特点： [1] 始于20世纪80年代中期； [2] 从研究内容角度：利用卫星资料反演AOD取得了一些 研究成果： 1）采用MODIS传感器进行AOD反演，并基于太阳光度计 的地基实测数据进行精度验证； 2）进行遥感反演AOD算法的改进或者创新 ； 3）基于国际气溶胶观测网（AERONET）数据对MODIS AOD反演进行精度验证的还很少； 4）对中国区域进行不同传感器AOD产品反演结果进行比 较研究的目前还很少； [3] 从传感器角度： 大多采用MODIS传感器；
……….
………
暗像元(Dense Dark Vegetation, DDV)算法
Dr.Kaufman(NASA Goddard Space Flight Center ,1988); 大量飞机飞行试验; 陆地上的稠密植被、湿土壤及水体覆盖区(暗像元)； 确定7通道的表观反射率和1，3通道地表反射率之间的 关系； 确定了红、蓝通道的地表反照率，并且假定合理的气溶 胶模型，就可以由卫星观测表观反射率来获取气溶胶光 学厚度；
基于MODIS数据的 城市地区气溶胶光 学厚度遥感反演研 究(基于6s模型构建 查找表)
结论 展望
研究目标 研究内容
研究方案 技术路线
研究背景 目的和意义
国内外研究现状
两个基本概念
气溶胶
大气气溶胶是指悬浮在地球大气中的具有一定稳定性的，沉 降速度小的，粒径范围在10- 3微米到102微米之间的分子团、 固态或液态微粒所组成的分散体系，大气中悬浮着的各种固 体和液体粒子，例如尘埃、烟粒、微生物、植物孢子和花粉， 以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，都是气溶 胶；
气溶胶光学厚度
5月
6月
7月
7月
3月
3月
3月
月份
10 月 11 月
4月
遥感反演AOD基本原理
气溶胶散射相函数
P ( , , ) ( , , ) F ( , , , P ) T ( , , , P ) * 0 a a V S V S d S 0 a a V 0 a a ( , , )( , , ) V S m V S * 4 1 S ( , , P ) V S 0 a a
表 观 反 射 率 路 径 辐 射 AOD 地 表 反 射 率 大 气 后 向 散 射 比
T是向上进入卫星传感器视场方向的总透过率 Fd是在地表反射率归一化为零时总的向下辐射通量
表1 部分气溶胶光学厚度反演算法
传感器 MODIS 算 法 参 考 Kaufman et al(1997) Lee et al.(2005) Diner et al.(2005) Deuze et al.(2001) Samter et al.(1999) Von hoyningen-hunene et al.(2003) Grey et al.(2006) Thomas et al.(in preparation) Thomas et al.(in preparation) ……... NASA MBAER MISR POLDER MERIS JPL CNES ESA BAER AATSR-1 AATSR AATSR-2 AATSR-3